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2.1原料的选用
绿色化工科技的发展,如果不从化工污染、化学反应的源头着手,那么始终是治标不治本而且十分被动的措施。那么化工科技及工艺发展过程中,选择无毒害溶剂、原料、催化剂等化学原料来进行化工生产、制作化工产品可实现零排放、零污染的清洁生产和加工原则,有效防止和控制化学污染的产生。近年较为常见的无害化学原料为:野生植物、农作物等生产物质。将芦苇、树木等天然野生植物纤维,以及稻草、麦秸和蔗渣等农副产品的废弃物作为原料加工糠醛、醇、酮、酸等化工原料。还有利用生物质气化产生氢气等,都是绿色化工技术中原料选择应用的非常好的例子。
2.2无毒害催化剂的选用
在百分之九十的化工生产中催化剂是提高反应速率的必需品。然而在绿色化工科技的开发过程中,无毒害的烷基化固相催化剂是国内外研发工作的重点。南京大学徐国际【2】利用环境友好性绿色化合成过程对烯丙基醇类化合物作为烷基化试剂,在无溶剂的条件下对1,3-二羰基化合物进行直接烷基化反应,反应后处理步骤简单,且催化体系可以循环使用,四次催化循环后收率仍然能大于84%。
3绿色化工技术在化学工业中的应用
3.1清洁生产技术
清洁生产技术是无毒、无害、无污染、无废物排放的绿色化工技术,包括辐射热加工技术,绿色催化技术,临界流体技术等。在冶金工业、印染工业、煤气化、制甲醇、垃圾处理、海水淡化等行业都得到了很好的运用。此外先进的脱硝脱硫技术、垃圾制沼气技术、高效清洁的煤气化技术、利用风能太阳能等自然能发电技术等等这些都利用了清洁生产技术。例如,海水淡化技术的应用不仅解决了我国淡水资源匮乏的现状,还利用有效的化学方法将海水中的盐水分离,在海水淡化的预处理过程中不会产生任何对环境状况的不良影响,也没有对生态环境造成伤害。而且,在海水淡化预处理过程中所产生的氢氧化镁作为一种成本低廉、工艺简单、不产生二次污染的清洁化工产品,具有非常广阔的发展前景。
3.2生物技术
生物技术领域包含细胞、基因、微生物和酶等技术范畴,其主要应用在化学仿生学和生物化工两个方面。生物酶在作为一种在生物体内的催化剂,具有高效、转移性,可以参与到各个生物化工的合成过程中。另外,化学仿生学中的膜化学技术也是这一领域中广泛应用的生物技术。在绿色化工技术中采用生物技术,可以利用再生资源合成化学品。从早期来源于动植物中的有机化合物原料,到后来以石油和煤炭作为原料。例如,在绿色化学工程与工艺中,制备丙烯酰胺,利用自然界中的酶替代丙烯腈催化合成丙烯酰胺后,大大降低能耗,且没有污染环境副产物产生。由此可见,利用广泛存在于自然界中的酶当做催化剂,与工业酶及一般的化学催化剂相比,自然界中的酶具有无污染、反应条件温和、产物性质优良的特点。
(二)使用无毒无害催化原料随着化学工业发展速度的不断加快,将化学反应合理的应用于化工生产过程中已经成为促进工业可持续发展的重要前提之一。在化学反应过程中均离不开催化剂的使用。将催化剂应用于化学反应过程中,可有效加快反应速度,缩短法宁时间。所以,在化工生产过程中使用无毒无害的催化原料成为推动绿色化学工程与工艺不断深入发展的重要前提条件之一。目前,我国相关部门已经高度重视对催化原料的选择及应用进行深入研究。越来越多的催化剂得到开发和研制,化学反应过程中使用的催化原料不断得到改善,分子筛除催化剂等优良催化原料在化工生产过程中的应用越来越广泛。无毒无害催化原料的应用可有效提高化学反应效率,降低能源消耗量,同时也可减少环境污染。
二、绿色化学工程与工艺对化学工业节能产生的促进作用
目前,在各工业产业的生产过程中均已广泛应用到绿色化学工程与工艺。该工程中具有的应用性能不仅可有效改善化工产业发展过程中存在的资源浪费和环境污染问题,同时还可有效促进化工生产的结构不断得到优化。绿色化学工程与工艺在化工产业中的应用主要表现在如下几点。
(一)清洁生产技术的应用清洁生产技术是一种具有较高价值的绿色技术,该种技术主要是通过对化工原料进行无害、无毒、无废处理,实现原料利用率得到提高,进而促进化学工程的生产质量得到提高。在清洁技术中,应用最为普遍的技术分别为脱硝和脱硫两种技术。应用该两种技术对存在较为严重的污染的化学废物、生活垃圾等进行绿色处理,经过相关技术的处理后,生活垃圾可有效转化为沼气。应用自然发电技术来代替传统发电技术。太阳能、风能的开发和应用是清洁生产技术飞速发展的重要标志。在生物工程中合理应用清洁生产技术,可有效促进细胞及基因工程的发展效果得到显著提高。在辐射加工中应用清洁生产技术,可促进催化剂的作用得到显著提高。
(二)与生物技术相互结合的应用在生物技术领域中,其技术范畴具体包含细胞、微生物、基因、酶等多种技术。其在各化工生产中的应用主要包含有生物化工合化学仿生学两个方面的内容。在生物体内,生物酶作为催化剂存在,其具有显著的专一性和高效性,在生物合成的每个过程中均无法脱离酶的作用。在绿色化学工程与工艺中对生物技术进行合理应用,通过相关技术处理,可使再生资源转化为相应的化学品。早期所应用的有机化合物原料大部分是直接源自动物和植物,后来才逐渐发展为将煤炭、石油作为原材料使用。在绿色化学工程与工艺中,通常情况下均是应用工业酶或存在于自然界中的酶作为催化剂。将酶与通常应用的化学催化剂进行比较,酶在应用过程中的优点主要表现为无污染、产物性质好、反应条件温和等。例如通常情况下均是应用丙烯腈进行丙烯酰胺制备,当使用酶作为催化剂后,能耗消耗量大大降低,反应具有彻底性,并且在反应过程中无任何副产物产生。
(三)生产环境友好型产品绿色化学工程与工艺的主要发展目的之一即为为社会生产处环境友好型产品,如清洁汽油、磷洗衣粉等无毒无害产品。通过绿色化学工程可以生产出与社会、自然环境发展相符合的友好型产品。绿色化学工程生产的出现在很大程度上起到了保护环境的作用。在社会生产、生活中,人们的购买的产品均为绿色产品,不仅有效保证了人们身体健康,同时也可促进社会健康、和谐发展。因此,在化工生产过程中,如能够促进绿色化学工程与工艺对的优势得到充分发挥,可有效降低生态环境的染污,促进国家自然环境和社会经济得到可持续发展,对国家的长远发展及社会的进步具有重要意义。
绿色工业建筑的防腐设计
(2)采取微型实验方式。当前环境工程实验中,微型实验法由于其高效、无污染的特点受到了广泛的推广。采取微型实验法,最大程度的降低实验过程中产生的废液、废气,并对这些废弃物进行优化处理,从而提高实验室环境与空气质量。当前某些高校,采用的点滴板作,仅需数滴试剂量就能够实现很好的实验效果,这不仅避免了化学试剂可能对环境造成的污染,同时也实现了实验室的绿色化管理。
(3)减少剧毒化学药品的用量。对于一些有毒试剂的实验室应用,需要进行严格的控制,如采用三氧化二砷来测量无水中的砷含量时,只需要滴1.3200g质量就可以配置出1L砷的实验室标准储备液。所以,对于这种有毒试剂,需要按照最小量标准来取量,而一些非毒性试剂则可以在此基础上稍多。每次取量都要做到准确记录,及时补充,并要确保整个过程的安全环保。
二、实验后期的绿色化
实验过程中所形成的废弃物,在结束后都需要对剩余的试剂进行处理,能够实现循环利用的可以进行再利用,对于废液、废气、废渣,具体的操作如下所示。
(1)废气处理。在对实验室废气进行处理时,通常采用的是向上排式通风系统,利用配备的通风口来实现实验室的空气流通,从而降低有毒性物质的影响,产生的废气在特殊的排气管道中经过吸收瓶的转化处理,并稀释后再排向大气,避免对周遭环境的污染。
(2)废液处理。①对于一些浓度较低的酸、碱性废液。可以采取相互中和的方式,当混合溶液的PH值保持在6时-8时,进行过滤后再排放。②对于一些盐溶液来讲,若对环境没有危害,则可直接排放,若里面含有危害的物质,则首先经过化学法将物质进行转化稀释后再进行排放,同时,回收一些贵重的金属离子物质。③对于一些富含了铬元素的化合物,可以在酸性环境下采用亚硫酸铁来将正四价Cr还原成三价Cr,再经过碱性处理,获得沉淀物Cr(OH)3,然后通过过滤、分层,调节混合溶液的PH值,最后才进行排放。④对于一些具有强酸性特征的含砷废液,可以通过Na2S进行砷离子的沉淀反应,并经过静置分层,经过碱性处理,再进行排放。⑤对于含氰化物的废液,首先在溶液中加入适量的碱性溶液,使溶液中的金属阳离子转变成沉淀吸出,再调整混合溶液的PH值保持在6-8,通过在溶液中添加过量NaClO来氧化分解CN-,使其变为气态物质排放。⑥对于含有重金属铜、汞、铅、锌离子的废液,首先需要将熔盐调整到碱性条件下(PH值保持在8-10之间),再加入适量的Na2S,从而使对应的金属阳离子生成相应的硫化物沉淀,再静止分层,过滤,将获得的少量固体废渣集合起来,进行深埋处理,同时,对混合溶液进行酸化处理,保持溶液的中性,再进行排放。例如在对废液中的金属汞离子进行处理时,根据国家相关部门的规定,排污废液中的汞元素含量应该低于0.05mg/ml。因此,根据上述具体步骤,首先需要调节废液中的PH值保持在8-10的偏碱性条件下,再向废液中添加足量的Na2S溶液,得到HgS的沉淀物质。通过向混合液中添加FeSO4汞沉淀剂与剩下的S2-反应得到FeS沉淀,此时一些溶于水的细微颗粒状HgS能够吸附汞沉淀,再进行静置分层,然后在对溶液进行离心、过滤操作,从而将溶液中的汞含量降低到规定的范围内。⑦对于一些有机溶剂的废液,可以采用蒸馏回收法进行操作。在实验过程中,对于乙醇的消耗量是巨大的,因此,在处理一些乙醇废液的过程中,首先采用水浴法在一定温度条件下对废液进行加热,并在78.4oC条件下收集形成的馏分。若在这个过程中需要进行乙醇的精提炼,可将获得的馏分别放入含有氧化钙的烧杯中,再次进行水浴加热,这样获得的乙醇具有较高的纯度。
(3)废渣的处理。实验室条件下并不会产生较多的废渣量,其中主要的废渣成分是一些固体废弃物、实验完成后的试剂剩余物、进行水污染控制处理后形成的固体试剂以及带来的污泥等。实验过程中产生的污泥可以预先进行脱水处理,然后在进行相关的卫生填埋;而对于一些堆肥固体物质,可以托运到近郊农村,作为绿色有机肥而得到重复利用;对于一些产生的剩余固体试剂,若能够再进行重复回收利用,则可进行再重复利用,一些不能够进行循环利用的固体物质首先需要进行无毒化处理,然后根据学校统一规定,针对不同类型的废渣,进行填埋处理。
2.精细化工过程控制技术的发展动向
3.以绿色化学理念贯穿精细化工专业课教学
4.精细化工废水的污染特性分析及其控制策略
5.我国油脂化工、精细化工生产现状与发展建议
6.从“十二五”规划看中国精细化工行业发展趋势
7.精细化工的发展趋势以及如何发展绿色精细化工
8.精细化工专业实验教学新模式的构建与实践
9.固相有机合成及其在精细化工中的应用与前景
10.精细化工过程控制技术的重要发展趋势
11.我国精细化工发展现状和趋势
12.有机精细化工中间体的发展现状及仿生催化氧化在中间体合成中的研究进展
13.精细化工发展前景以绿色精细化工的发展策略
14.现代煤化工产业的精细化发展
15.精细化工的现状与发展
16.精细化工发展的关键技术——模型化、控制与优化研究
17.我国精细化工行业存在的问题及对策
18.精细化工的发展趋势以及如何发展绿色精细化工
19.我国精细化工行业现状和“十三五”发展规划
20.精细化工实验教学改革的探索与实践
21.广东省精细化工发展现状与对策
22.精细化工实验教学改革与实践
23.生物催化在精细化工产业中的应用(上)
24.浅谈绿色精细化工关键技术
25.基于现代精细化工发展初探
26.对辽宁省精细化工产业“十三五”规划的建议
27.生物催化在精细化工产业中的应用(下)
28.我国精细化工产业的现状和发展趋势
29.晋煤集团精细化工产业发展前景
30.浅谈“十二五”期间精细化工发展方向
31.广东省精细化工现状与发展
32.论我国精细化工的发展现状与趋势
33.精细化工课程群的整合及改革实践
34.浅析我国精细化工的现状与前景
35.精细化工领域过程系统工程技术研究发展趋势探讨
36.我国精细化工产业的现状、存在的问题及其对策分析
37.21世纪精细化工的发展
38.精细化工的发展趋势及关键技术
39.绿色精细化工可持续发展的关键技术
40.地方本科院校精细化工实验教学改革研究
41.对中国精细化工产业发展的几点思考
42.精细化工的产业转移与辽宁的比较优势
43.浅析精细化工产业对深圳经济产业转型升级的重要意义
44.精细化工专业课教学中的绿色化学探讨
45.加快发展我国绿色精细化工
46.热点精细化工中间体生产现状和发展导向
47.浅议精细化工生产企业成本控制
本科毕业论文是本科生教育的一个综合性科学实践教学环节,也是学生在校学习期间学习成果的综合性总结,是整个教学活动中不可缺少的重要环节。对理工科尤其是化学化工学科而言,毕业论文实验又是毕业论文工作的一个重要内容,它是培养学生综合运用所学知识和技能,理论联系实际,独立分析,解决实际问题的能力,以及训练专业科学研究思维与方法的重要环节[1]。
化学化工类毕业论文实验是一种综合性的设计实验,不同于单学科实验。在整个实验过程中,理论知识和实验内容、方法往往涉及多个学科,需要学生把所学知识有机地结合起来,才能很好地理解、掌握,这样就对论文指导提出了更高的要求[2]。然而,随着高校办学规模的扩大,招生人数的增加,毕业论文指导老师本来就有比较繁重的本科生、研究生教学与科研任务,有限的精力使得他们对毕业生实验的指导和管理经常不能到位,“带而不管、管而不力”的现象时有发生[3]。而且,学生还有可能因为实验室条件以及仪器、药品、耗材等不能到位,对实验过程拖拖拉拉,学生的侥幸心理、畏难情绪等也会影响学生毕业论文的质量。此外,当前毕业论文指导工作量的分配问题,势必会影响实验员的工作积极性,不利于毕业论文实验的顺利开展。因此,在毕业论文完成过程中,如何定位实验员的角色,发挥他们在实验室工作的优势,更好地服务本科毕业论文,提高毕业论文和人才培养质量,也将成为毕业论文教学改革研究的话题。以下就本科毕业论文指导中实验员所扮演的角色进行探讨。
1.做好实验资源规划师,实现实验资源合理利用和资源共享
近年来随着招生规模的扩大,毕业论文完成期间,进入实验室开展实验的学生人数相应增加,势必会造成实验室用房和仪器设备以及药品耗材等的紧张。因此,实验室管理人员,必须统筹规划,做好一名规划师,使实验室资源利用最大化,优势资源有效共享,保障学生毕业论文实验的正常开展。
(1)实验室用房。
我院学生毕业论文实验,一般安排在专业实验室。根据每个指导老师所带学生人数,合理分配实验室用房,有研究生用房的指导老师,会根据要求,少提供用房面积或者不提供。我院应用化学系每年拿出4个120m2的专业实验室供学生开展毕业论文实验,有效地保障了每个进入实验室开展论文实验的学生都有自己的“一亩三分地”,这样就能很好地解决实验室用房问题。
(2)实验室仪器设备、药品及耗材。
①实验室公用设备:例如电子天平、气流干燥器、超声波清洗器等,每个实验室提供一套;而干燥箱、冰箱等则放在专门的干燥实验室和冷冻实验室供学生使用。
②实验所需器材、药品等:学生在进入实验室前选题,查阅文献,统计实验所需的仪器设备、药品、耗材等,先由指导老师认真审阅签字确认,再交实验室管理人员最终审核,以指导老师为小组登记、领取。对于化学反应中常用的小型仪器,如调压器、加热套、磁力搅拌器、水浴锅,根据指导老师所带学生人数,统筹安排,保障每三个学生有两套仪器。对于药品、耗材,如高分子反应所用的引发剂,以及一些催化剂等,用量较少,而且不易保存,一般一届毕业生,共用一瓶已经足够;而耗材,如标签纸、试纸之类,一般交由指导老师小组统一领取。这样可有效避免学生“只借不用”,造成资源浪费的现象。
③大型仪器设备:如气质联用仪、流变仪、红外光谱仪等,一般由专门实验技术人员负责管理,为全校开放,保障优势资源有效共享。
2.做好实验全程的“绿化师”,加强和培养学生的环保意识
毕业论文期间,化学专业类学生,大多数都要进入实验室开展为期3个月左右的实验。实验过程中使用的有毒、有害,甚至“三致”物质等,如果进入环境,必定对环境造成污染,对人类造成危害。随着现代经济的发展和高校培养人才方式的转变,化学实验实现绿色化是化学实验教学发展的必然趋势,化学教师更应该具有绿色化学的思想,提倡绿色教育[4]。所以,实验员在毕业论文全程中,应该做好一名“绿化师”,加强和培养学生的绿色意识,严禁把废气、废液、废渣和废弃化学品等污染物直接向外界排放[5]。
在毕业论文完成过程中,要实现绿色化学,实验员首先要从源头上降低化学污染物的生成。为此,可以采取以下几方面的措施。
(1)提供微型实验装置,开展微量化学实验。如在有机合成研究课题中,实验室统一提供成套半微量玻璃仪器实验装置。这样既可以减少化学试剂的用量,降低“三废”的排放,又可以节约水电以及一些辅助耗材的消耗,降低了实验成本,并且能使爆炸、燃烧、中毒等事故相应减少,极大地改善实验环境条件,减少对环境的污染[6]。(2)提供无毒或低毒试剂和溶剂。当学生领用有毒有害试剂开展实验时,需要指导老师及学生研究讨论,考虑更换试剂,实在无法更换的,必须做好防护措施,小心操作,并且对实验过程中的所有废弃物回收处理。其次是对“三废”的有效处理。“三废”处理,必须分类集中收集,分别处理。尽可能采用废物回收、以废治废的方式,降低成本,提高实验室污染治理率[7]。如对废液中有机溶剂尤其是重结晶后的溶剂,可通过蒸馏回收,重复利用;对酸液、碱液可通过实验室提供的废液回收装置,分类集中收集,统一处理。对实验过程中产生的有毒或有异味的气体,必须采用密闭式操作或在通风橱中进行,能吸收的,进行吸收处理。对废渣,能回收利用的,回收利用,不能回收利用的,必须进行无毒化处理。最后,实验员还应该经常进入实验室,督促学生清洁实验,保持实验室卫生,培养他们的绿色意识、环保观念。
3.做好学生实验的安检员,保证毕业论文实验正常安全开展
完成毕业论文是学生自己查阅文献,确定研究思路和方案,自己搭建实验装置,分析和处理实验结果的过程。在这个过程中,实验员应该做好一名安检员,对学生实验过程中出现的不合理操作,进行适当的引导,对有危险操作步骤的学生多巡视指导,防止事故的发生,保证毕业论文实验正常安全开展。
作为一名安检员,实验员应该对以下两方面进行监督检查。第一,在实验室安全方面。首先应该给学生灌输安全思想。这方面我们采取在学生进入实验室前,全体学生集中学习实验室各种规章制度,开展安全教育,增强学生安全意识。其次是实验员还应该经常巡查有易燃易爆易腐蚀物以及有污染源的学生。例如,学生在研究混凝土高效减水剂时,用水泥净浆做性能测试,虽然学生对大量废渣已经妥善处理,如不加以提醒,忽略了烧杯壁上少量的水泥残渣,而直接冲洗进入下水道,由于积少成多,也会造成水管堵塞,影响实验室的正常运转。最后,实验员还应对精密贵重仪器以及实验室的水电、消防器材等加强监管,确保论文实验正常安全开展。学生在用气相色谱开展检测分析时,应从载气钢瓶、减压阀、注射器以及检测器等多方面给予指导,强调注意事项,并且观察学生实验过程,保证操作无误后,方能离开。第二,检查学生实验操作是否规范。论文实验过程中,由于学生素质有高有低,动手能力有强有弱,难免有操作不规范,而且只追求结果、不注重过程的人,这样就会给实验室安全带来不小隐患。学生在开展有机合成研究时,最容易造成实验装置搭建不规范。如在研究有HCl、H2S等有毒有害气体生成的实验中,没有搭接尾气吸收装置,这样既会给环境带来污染,又会给师生健康带来危害。第三,在安检方面,还应该密切关注为学生开放的精密贵重仪器室,重点检查学生操作情况与水电等,确保仪器安全。
4.做好学生问题的咨询师,服务引导毕业论文全过程
毕业论文实验期间,学生总会遇到这样那样的问题,而且学生问题覆盖毕业论文完成的全过程。实验员是学生进入实验室后离得最近的人,最有可能成为学生咨询问题的第一人。因此,实验员应该做好一名咨询师,服务引导,帮助解决论文中遇到的问题。例如,学生需要查找实验过程中的一个小步骤、药品性质;仪器不会使用,出了问题;实验过程中缺东少西,等等,这些情况学生一般都会找到实验员,要求帮助解决。在解决问题期间,实验员办公室成为服务学生的场所,实验室的办公电脑成为公用电脑,实验员成为全体学生的辅导老师。在为学生服务的过程中,实验员应充分体现优良的“敬业、献身、奉献、负责”的教育精神。
要成为一名优秀的咨询师,实验员必须加强学习,自我提高。实验员除了具备基本的人文社科素质之外[8],还应该具备文献资料查阅、仪器设备维修、结果分析处理、计算机运用以及实验操作技能等方面的能力,真正成为一名综合型、多能力的“通才”。例如,学生在用TU-1901紫外可见分光光度计对实验结果进行分析测试时,仪器初始化失败,并且出现氘灯、钨灯能量低等情形,这时,学生就会第一时间找到实验员,并且表现出束手无策的样子。其实,实验员只需打开机箱底座,松开光栅驱动轮,用手转动进行调整,再重新开机,仪器就能恢复正常。帮助学生解决问题的过程,其实就是实验员自我提高的过程,同时也是学生进入社会前进一步学习的过程。
总之,实验员在学生完成毕业论文的过程中,扮演的角色是多方面的。实验员必须正确认识自己,不断加强学习,提高自己各方面的素质,勇于承担起多重角色,发挥在实验室工作的优势,积极工作,乐于奉献,更好地服务于学生,才能真正为提高本科毕业论文和人才培养质量贡献出自己的力量。
参考文献:
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绿色化学又称环境无害化学。它的核心内涵是在反应过程和化工生产中,尽量减少或彻底消除使用和产生对人类健康、社区安全、生态环境有害的物质。
化学教育尤其大学化学教育是为经济建设服务的。医学类职业是与人类生死、健康休戚相关的事业,保障人类健康离不开药物,药物合成又离不开化学,而化学工业的发展又在很大程度上直接影响了人类的健康。如何在这三者之间构建和谐,绿色化学是唯一出路。绿色化学不应是一门独立学科,而应是一种指导思想,是人们应该倾力追求的目标[1]。作为大学化学教师,我们首先应该结合实际情况,将绿色化学教育渗透到教学工作中去,通过广泛的宣传教育,让学生树立起绿色化学意识,培养出具有绿色化学意识的一代新人[2]。绿色化学成为医用基础化学教育的一个重要组成部分,给改革课堂教学、培养学生的创新精神和创新能力提供了良好的契机。
1.提高自身实施绿色化学教育的能力和专业水平。
绿色化学是化学科学与物理、生物、材料及信息等科学结合的产物,是化学科学的发展与进步。因此教学人员不但需要具备化学基础知识、理论和技能,还要系统地学习关于绿色化学的理论知识,了解有关绿色化学技术的最新研究成果和发展方向,掌握相关学科的知识。
2.改革实验方式,避免实验污染物产生。
化学实验中总有气体、液体或固体产物的生成,或多或少地会产生有害或有毒的实验废弃物。笔者所在的安徽三联学院医用基础化学课程针对的是文理兼收的医药营销专业学生,他们毕业后从事药物开发、合成的可能性很小,进行化学实验实际意义不大,因此在实际教学中取消了实验操作环节。对于个别必要的实验,借助网络,利用录像、多媒体课件、Flas、计算机虚拟实验等现代教育技术手段进行演示,避免了化学污染物的产生。
3.针对职业需要,整合医用基础化学知识结构,添加绿色化学教学内容,激发学生的学习兴趣。
笔者选用了张法浩主编的《医用基础化学》,该教材包含了无机、分析及有机化学的内容。随着教学改革的深入,根据专业的特点及教育部对高职学生理论知识“够用为度”的原则,我院该课程总学时只有72节,比过去减少了二分之一,这就要求教师在教学思想、教学内容以及教学方法等方面做出调整,以适应新世纪人才培养目标的需要[3]。要更多地将医药营销工作中实际需要的知识融入教学过程,摒弃那些不重要又晦涩难懂的知识,使医用基础化学真正成为理论的基石。现行教材内容与职业缺乏紧密联系,忽视了与实际的联系,学生学习缺乏主动性和积极性。因此,笔者对课程进行了重新整合,删减和压缩了教材中电解质溶液、酸碱滴定法、配位化合物、分光光度分析法、分子轨道理论等章节内容。将压缩的理论和实验课时用以补充绿色化学内容[4][5],多元化、多层次、多角度地向学生揭示、展现绿色化学与基础化学的紧密联系。对晦涩难懂的内容以教师精讲为主;常识性的内容由学生讲解;与生活息息相关相关的内容设计题目,让学生发表见解、分组讨论或辩论,然后由教师进行总结。这样既突出了重点、难点,又培养了学生自学的能力,提高了学习兴趣。
4.学生应用化学知识、原理,结合绿色化学,撰写科技小论文。
作业是课程教学的一个重要环节,是课堂教学的继续和延伸。除了布置教材习题外,为让学生更深入更主动地将绿色化学的理念渗透到传统化学学习中,在课程结束前,笔者布置学生选择与“可持续发展”有关的选题,通过探究和调查,查找相关文献、资料,并对其进行分析、解释、评价、调查、讨论、研究,写出科技小论文。从对连续三届学生提交的论文情况看,由于平时的教学中始终贯穿了“绿色”这个与人类健康密切相关的主题,学生兴趣浓厚、选题广泛、立意明确,从问题的提出到问题的解决,学生始终是决策者、行动者。学生从可持续发展的高度去关心环境及环境问题,更深刻地理解了人与自然、人与社会、人与人之间的相互依存关系,认识到他们的态度、行为和决定将对现在和未来的全球环境、整个社会产生影响,激发了学生的忧患意识和社会责任感。
5.改革教学方式及成绩评定方式。
随着现代教育技术的普及,多媒体教学也得到了越来越广泛的应用。五年的教学中,笔者经历了传统教学――传统教学+多媒体教学――多媒体教学这一教学手段改革过程。实践证明,利用多媒体教学,无论信息量还是教学效果都得到了极大的提升。
完整的教学过程应该包括成绩的评定,考试方法的创新是教学改革不可缺少的环节。从2005级开始,课程成绩的评定项目包括:平时成绩20分,科技论文40分,理论考试40分。前两项是基本体现学生综合素质的考核,占总分60%,比重超过了理论知识的考核,既有利于调动学生提高自身素质的积极性,又促进了教改的不断推进和完善。
笔者经过几年尝试性地将绿色化学融入到医用基础化学的教学探索,逐渐实现了“教师为主导,学生为主体”的教学理念,激发了学生学习的主动性。教学中及时渗透绿色化学方面的知识,适当地加深和思维拓展,使学生在潜移默化中受到绿色化学教育,成为有绿色化学理念的新一代高职大学生,是时代的要求,是素质教育的要求。
参考文献:
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主管单位:沈阳市医药和化工行业联合会
主办单位:中国石油抚顺石化分公司;中石化抚顺石油化工研究院;沈阳化学化工学会
出版周期:月刊
出版地址:辽宁省沈阳市
语
种:中文
开
本:大16开
国际刊号:1671-0460
国内刊号:21-1457/TQ
邮发代号:8-24
发行范围:国内外统一发行
创刊时间:1972
期刊收录:
CA 化学文摘(美)(2009)
Pж(AJ) 文摘杂志(俄)(2009)
核心期刊:
期刊荣誉:
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437(2017)04-0044-02
绿色化学,也被称为环境友好化学,清洁化学或无污染化学,主要是指在化学品的设计、制造和使用过程中,利用一系列的原则来减少、甚至消除有毒有害物质的使用或在过程中的生成的化学。绿色化学的核心是“原子经济性”,基本原理是公认的十二原则。绿色化学是更高层次的环境友好化学,与环境保护不同,绿色化学不是被动地治理环境污染,而是主动地防止化学污染,是从物质产生的源头控制废物的产生,减少对环境的污染。所以绿色化学对环境保护及社会的可持续发展具有重要的指导意义, 这与现代化工工业发展趋势相吻合。
一、绿色化学课程教学的意义
大学生是我国科学技术未来的生力军,在大学课程中开设绿色化学课程,通过相关的教学活动培养大学生的环境保护意识,有利于从根本上防止污染,有利于实现社会可持续发展。作为化学教育工作者,我们有责任和义务将绿色化学及相关知识引入高等教育知识体系中,并系统传授给学生。
随着对绿色化学科学研究的不断深入,绿色化学的思想和观念逐步为人们接受,并被引入高校教W活动中,很多高校都开设了绿色化学课程。绿色化学作为一门新的课程,具有涉及知识面广、综合性强的特点。与化学其他课程不同,绿色化学没有完善的知识体系和教学大纲,因此如何结合时代特点和专业知识,为大学生讲授绿色化学课程,是任课教师在教学过程中面临的主要问题。作者从2009年开始在江苏师范大学为环境工程专业学生讲授绿色化学课程,在教学过程中积累了一些经验,进行了一些有益的尝试。
二、绿色化学课程教学方法的探索
针对绿色化学的课程特点,我们对其教学方法进行了以下探索。
(一)精选教学内容 启发学生的兴趣
绿色化学是一门新兴的学科,发展很快,但没有较为成熟的教材,需要教师根据教学目标选取教学内容。这也为教师提供了一定的自由空间,教师可以结合自己的科研方向和学术思想、提供最新的学术动态。另一方面,绿色化学课程的教学内容与有机化学联系紧密,涉及很多有机合成反应的方法和条件,如果只进行抽象的讲解,学生容易感到枯燥乏味。因此在教学过程中,应适时地结合实际生活,用生动的实例充实课堂教学,展现绿色化学在现代生活中的重要作用,进而激发学生对这门课程的学习兴趣。例如,介绍“白色污染”及解决措施,这样学生就会对绿色化学有更加充分的了解,也能够加深学生对绿色化学在日常生活中的实用性和重要性的认识。
绿色化学是一门交叉学科,发展速度很快,而且涉及很多化学相关领域, 因此我们在满足教学基本要求的前提下, 采用灵活多样的教学形式,并经常对教学内容进行更新。比如在课堂教学中,根据学生的接受情况,将一些相关的具有应用价值的最新研究成果添加到教学内容中。另外,也可以利用学校的网络数据库资源来提供关于绿色化学的最新科研成果的链接,以便学生随时阅览、学习,让学生了解绿色化学的研究动态及最新进展,提高学生对该门课程的学习兴趣,增强他们对新问题的求知欲望,使学生获取更多的知识。
(二)多种教学方法结合使用,启发学生思考
传统的课堂教学主要是“讲解―接受型”教学模式,教师是教学信息的主动发出者,学生则是被动地接受知识,这种教学中师生的互动交流少,教学气氛沉闷,也阻碍了学生主动学习的积极性和创新能力的培养。相比之下,研究性教学是深受广大师生欢迎的教学方式,可以将课程的内容转变成生活、生产或科学中的实际问题,以学生为中心,在教师的引导下按照科学研究的模式来分析、解决这些问题,最终达到学生获取知识、提高能力的一种教学过程。
在研究性课堂教学中,教师作为指导者,在设定的问题情境中要引导学生主动思考问题, 帮助学生找到解决问题的办法,这种教学方式有助于培养学生的创新意识。如在讲授绿色溶剂技术这个章节时,我们让学生在课前查阅相关的文献资料,了解有关的科学前沿内容。在该章节的课堂教学过程中, 可以将这节课的10~15 分钟左右的时间留给学生介绍自己的学习体会,以及对绿色溶剂技术的理解,分组进行讨论,以提高他们的学习主动性,强化学生的科学思维方式。这种自主学习可以让学生体会到学习的乐趣,同时也锻炼了学生文献查阅和使用网络资源的能力。课堂教学和学生自主学习的有机结合可以有效地提高教学效果,有利于培养创新性人才。
作为一门专业课,绿色化学每节课要传递的信息量非常大,多媒体教学技术的运用大大提高了绿色化学课程的学习效率。但是,多媒体教学的缺点是容易导致学生一直处于抄笔记的状态,没有时间去消化和思考教师讲授内容,不能和教师互动,只能被动接受课堂内容。所以要改善教学效果,就应该结合本课程的特点以及学生的实际情况,合理地使用多媒体教学手段,注意不同教学手段间的配合使用。
课堂教学是学生学习绿色化学的主要场所,但丰富多彩和形式多样的课外活动是对课堂教学的良好补充,将二者有效结合起来,能够起到事半功倍的效果。为全面提高学生的绿色化学素质,我们一方面组织学生到学校的实习基地,有合作的化工厂或制药公司参观调查并进行交流。另一方面,通过课外实验教学来配合课堂教学进行绿色化学教育,让学生在具体的实验过程中进一步强化绿色化学观念,如在环境工程专业学生的研究设计性实验中分别采用有机溶剂和离子液体为反应介质合成一些有机化合物,让学生对两种合成方法进行比较。这样不仅能锻炼学生的动手能力,而且能使他们用理论联系实际,真正感受到环境污染带来的危害性,增加他们迫切保护环境的积极性。另外在毕业设计和课程设计中有意识按绿色化学要求进行,开展专题讲座,环保展览宣传等,让绿色化学融入人才培养全过程,增强学生的环保意识。
(三)建立合理的考核机制,注意与学生的互动和反馈
在教学过程中,我们发现一些学生上课听讲不认真,主动学习积极性低,部分学生为了获得更高的平时成绩,抄袭别人的作业。因此,提高学生的学习兴趣,优化考核体系显得尤为重要。
绿色化学课程的最终成绩包括课程论文成绩和平时成绩两部分。在每学期的授课中,我们通常在完成课堂教学任务前给出课程论文的具体要求,要求学生根据绿色化学课程的学习内容,结合课程论文的具体要求,查找和阅读有关的文献,综合运用所学知识,整理和撰写课程论文。考虑到学生的实际情况,在这个环节通常也会给出一些相关指导,如每个数据库的使用教程和视频等,课程论文的完成很好地培养了学生检索文献、阅读文献、分析问题和解决问题的能力,也为环境工程专业学生的毕业论文设计打下了良好的基础。
绿色化学的平时成绩一般由出勤率,作业和课堂表现构成。不同于其他化学类课程的考核方式,在绿色化学课程的考核中,我们将学生在课堂教学中的表现以及课后心得体会也计入平时成绩。如在某些章节的课堂教学前,对学生进行分组,给每组学生布置一些题目,课堂教学中,每组可派出代表对相关问题给出解答,组与组之间可以互相提问。学生通过这个环节的学习可以更好地了解相关教学内容的背景知识,更深刻地掌握教学知识点。教师根据每组学生的表现进行打分,并将这部分成绩计入平时成绩中。课程结束后,每个参与的学生都要总结该课程的学习心得体会,对课程进行简单的评价并给出自己的意见和建议,这部分内容也作为平时成绩的一部分。以上教学活动的开展,一方面可以提高学生的学习积极性,另一方面学生给出的意见和建议可以督促任课教师改进教学方法,提高教学水平。在这门课程中,部分评价意见如下:1.绿色化学这门课跟我们的生活关系密切,感觉很有用;2.课堂上老师举的例子很生动,学到了很多东西,扩展了知识面;3.通过准备课程论文,感觉自己查阅文献的能力提高了;4.喜欢老师的讲课,内容吸引人,但是有部分反应有机化学里没学过,能否多讲一些。
总的来看,学生对这门课程的关注程度高,总体满意程度也比较高。
三、结语
绿色化学是一门面向21 世o的高层次化学,它体现了化学、科学技术、社会之间的相互影响和联系。在绿色化学教学中,教师采用研究性教学的方式,能帮助学生获得相关的知识、技能和能力,有助于学生培养创造性思维,从而更好地理解人与自然、人与社会、人与人之间的相互依存关系, 激发其社会责任感。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 胡常伟,李贤均.绿色化学原理和应用[M].北京:中国石化出版社,2006.
[2] 张礼和.化学学科进展[M].北京:化学工业出版社,2005.
[3] 沈玉龙,王克诚.国外大学的绿色化学教育[J].化学教育, 2006(10):63-64.
我国在化学领域发表的文章总数和被引用文章数以及论文的引用次数逐年上升,已经跃居世界前列。在2000—2010年期间,中国在化学研究领域发表的SCI论文总量列世界第2位;2007、2008年成为SCI论文增长速度最快的国家见图1、图2),在此期间论文被引用次数名列世界第四位;2005—2008年,中国在化学领域被引论文的数量超过曰本,成为重要研究成果的主要产出国家之一。论文的数量与质量同步提高,质量提高更快(见图4)。中国化学在国际化学界顶尖1的论文比例从1998年的0.3%增加到2008年的8.1%中国人在化学领域发表的文章从19W—2!丨n3年的9%上升到2丨104—2丨IIm年的17%(有中国作者在内的所有文章)(源于基本科学指标.汤姆森-路透影响力的提高,我国化学家在包括IUPAC重要学术机构的担任重要职务的人数越来越多,越来越多的中国化学家担任包括Acc.Chem.Res.,Chem.Soc.Rev.,J.Am.Chem.Soc.,Angew.Chem.Int.Ed.,Adv.Mater.等重要学术期刊的编辑、副主编、编委、顾问编委。
我国化学领域越来越重视对知识产权的保护,专利申请数量稳步增力口。2009年中国化学科学领域在中国申请的专利件数已经超过曰本和美国(见图5)。
我国生产的化工产品的销售额占全球的比例有了大幅度提升,2009年已经超过美国,成为继欧盟之后的第二大化工产品大国(图6)。
中国化学发展存在的问题
近年来在化学领域顶尖刊物上发表的论文已经有了较大幅度的增长,专利申请有了较快增长,在国际化学界有了一定的影响。但是,我们必须清楚地看到,我国化学的发展与具有传统研究优势的欧美和曰本相比,仍然存在着较大的差距,这主要体现在:高质量、原创性和系统性的研究成果仍然较少;国际顶尖科学家还很少;研究队伍在化学的各个分支研究方向结构不甚合理;缺乏与其他学科的深度交叉融合,缺乏化工产业的核心技术以及对相关产业的发展缺乏引领作用等。因此,充分的认识目前我国化学发展的制约因素和存在的问题,在“十二五”期间进行正确的引导,对维护我国化学的健康和可持续发展具有重要的意义。
中国化学学科发展的战略
一是要保持已有优势,发展新的特色领域。在已有的研究基础上,继续深入开展以化学合成及理论为核心,以材料科学、能源科学、生命科学、农业科学、环境科学和信息科学等领域的重大需求为导向,发展定向、高效、低耗、绿色的化学合成、能量和物质转换体系及相关技术,加强基础研究思想和方法向原理器件设计和制备技术的转化,强化探索和创新意识,注重基础研究和应用研究的结合与协调发展,加快化学科学的全面发展。
二是要鼓励具有原创性的新思想、新概念、新理论、新方法的提出,鼓励变革性研究项目,对重大基础问题科学研究应给予持续性的支持,使我国在一些重要的研究领域取得突破,形成一些由我国科学家提出的、在国际上具有重要影响的学术思想和理论,使我国在化学科学的若干领域的研究水平跨入世界先进行列,且在一些领域形成优势和特色。
三是要在化学科学的前沿和新兴领域取得重要突破,赶超国际先进水平。在化学科学的前沿及其新兴领域,选择具有一定基础和优势、关系国计民生和国家安全的关键科学问题,集中力量,重点突破。争取在揭示分子及其组装体的可控合成、设计规律、性质与微观结构的本质关系,在高性能、不同凝聚态结构化学材料体系的制备、表征、理论模拟和计算方法,在高效能源和物质转化催化剂的设计和机理,在关乎人类生存和健康的药物设计和合成等领域取得重要研究成果。
四是要加强学科交叉,形成新的生长点,有重点地发展一些新的国际前沿研究领域。瞄准化学科学前沿和国家战略需求,完善学科布局与结构,注重和加强化学科学各分支学科及其与材料科学、生命科学、信息科学、纳米科学等学科的交叉、渗透和融合,推动学科建设,形成新的学科生长点,赋予化学科学新的内涵和生命力。前瞻性地重点部署和发展一些新的具有战略意义的国际前沿研究领域(例如:能源、环保、生物、催化等),组织学科交叉研究和多学科综合研究。
(一)以课程体系建设为根本,培养学生的知识创新能力
浙江大学化学工程与工艺专业十分重视学生的实践能力训练和培养,建有完备的实践课程教学体系,主要包括化工实验(7.5学分,含大学化学实验、过程工程原理实验、化工专业实验)、化工设计(4学分)、认识和生产实习(3学分)、SRTP等科技创新与社会实践活动的第二课堂(4学分以上),共计18.5学分,达到了《工程教育专业认证标准》中化学工程与工艺专业的要求。本专业十分重视化工设计课程的建设和教学,定位为学科工程设计技能训练课程,已在2010年成功获批国家级精品课程。课堂教学与实践教学的学时分配为1∶2,学生通过面向应用能力培养和面向设计项目的实践学习过程,学习现代(化工专业)设计方法与设计工具的使用方法,了解计算机辅助化工过程设计的基本步骤,实践从单元过程到完整流程设计的全过程,初步掌握运用Aspen Engineering Suit软件进行化工过程设计的技能,使用AutoCAD绘制化工流程图、塔设备图、车间布置图、工厂总平面图的方法,了解化工设计工作程序、工作内容、设计文档编制方法,从整体上实践学习化工设计的全过程,培育综合运用化学、热力学、单元操作、化学工艺学、化学反应工程、化机与设备、仪表与自控等化工专业基础理论解决具体工程问题的能力,强化工程设计能力和创新思维的培养。
(二)以实习基地和教育内容拓展为助力,培养学生的专业兴趣
实习是高等工科院校实践教学中的重要环节,其中认识实习主要起专业启蒙教育的作用。通过认识实习,学生了解了本专业的基本生产工艺及专业的前景与发展方向,对所学专业有了一定的感性认识,并为后继课程的学习打下良好的基础。但目前的认识实多存在基地单一、时间很短的缺陷,难以保证实习的质量和效果。结合特色专业建设,本专业提出建立民营、国有、跨国企业及化工园区的三位一体认识实习基地,使学生通过民营企业的实习,深入理解化工企业的创业、发展与壮大过程,接受创业教育;通过传统的国有大企业实习,系统了解大型化工企业的流程、规模,各化工单元设备与装置的特点等,接受就业教育;通过世界化工巨头在中国公司基地的实习,认识跨国企业的规模、设计、布局及管理理念,培养国际视野,接受创新教育;通过化工园区的实习,切身感受科学规划化工园区重要性、环境保护和循环经济中化工知识的重要性,接受生态教育。因此,三位一体实践基地的认识实习将有效提高学生学习专业知识的兴趣,增强学生专业知识实际应用的感观认识,培养学生的创新创业精神与国际视野。
(三)以化工专业实验室建设为阵地,培养学生的基本技能
专业实验室是高等学校实验室的一个重要组成部分,对人才培养和学科建设有着直接的影响。专业实验教学作为培养学生动手能力、科研能力、创新能力的有效手段和必要途径,是理论教学无法替代的。为了提高教学质量,实行实验室和教学过程的统一管理,本专业于2008年对原先分属不同研究所的专业实验教学模式进行了改革,建成了集中的化工专业实验室。建设过程中,更新了所有的老旧实验设备,对原开设的实验进行了梳理,停开了部分质量有待提高的实验,保留了八个基础实验,并增加了四个综合创新实验和两个远程实验。其中综合创新实验是专业实验的升华,要求学生将基础课、技术基础理论和专业课的理论知识以及实验理论、实验技能融会贯通并应用到实验中去检验。这样既总结和巩固了前期实验教学的成果,又锻炼了学生的综合实验能力和运用实验解决工程实际问题的能力。远程实验则帮助学生实现了异地实验,实验时间不受限制,实验效率大为提高,并丰富了实验手段和创新能力的培养。
(四)以特色学科竞赛为载体,培养学生的创新能力
学科竞赛是培养创新人才、促进高校教育教学改革行之有效的途径。学生可以通过参加学科竞赛,进一步提高专业学习的兴趣和理论联系实际的能力,激发实践创新的活力。为了更好地培养学生的创新能力,我们已连续多年组织开展“三井化学杯全国大学生化工设计邀请赛”和“过程工程实验技能创新竞赛”两大学科竞赛活动。其中前者主要是化工设计课程的教学拓展,迄今浙江省大学生化工设计竞赛、“三井化学杯全国大学生化工设计邀请赛”已举办了四届。大学生化工设计竞赛活动有力地推动了化工设计课程的全国普及性,提升了其影响力,促进了国内高校化工设计课程的改革和发展,对高等化学工程教育的深化改革起到了实质性的推动作用。同时,本专业还针对“过程工程原理”课程的特点,创办了“过程工程实验技能创新竞赛”,创建了过程工程实验技能创新实践基地。该竞赛为浙江大学校内唯一一个以实验为主的校级竞赛,每年本专业有30%的学生参加该竞赛活动,学生的实践动手能力和创新意识得到了有效的训练。
(五)以特色班强化培训为手段,培养学生的专业特长